南非的一家钢铁加工厂需要将Wonderware InTouch 7.0升级到9.5版本。工厂操作人员尝试了最初的升级，没有报告错误。但是在实际系统上的实现是一场灾难。在制品的金属片被扔进了垃圾桶。由于工厂对监控和数据采集(SCADA)系统的依赖，特别是对钢卷在制品的数据库记录过程的依赖，他们不得不恢复到旧的SCADA系统。
工厂操作员引入了系统集成商AMR Automation。位于南非开普敦的AMR自动化公司总裁安德鲁•雷尼表示:“他们最初试图自己动手，但失败了。”“我们意识到他们有一个全天候的工厂。他们不会停下来。钣金的生产是至关重要的。当他们失败时，很多产品都付诸东流了。”
AMR转向仿真工具来自北卡罗来纳州马修斯的Software Toolbox Inc.，以验证升级。“我们模拟了生产线上的一切，确保一切正常工作。实际上，我们能够经营工厂，并达成一致。”“模拟是绝对必要的。它解决了不必要的问题，并确保客户可以在我们上线之前签字。”
当他们工作的时候模拟，技术人员认为客户端只是忘记在机器上安装Wonderware SQL访问对象。Software Toolbox的总裁John Weber说:“对于模拟，用户创建了与过程控制系统的真实名称空间相匹配的名称空间。”“我们在InTouch系统中模仿了同样的方法。”
AMR成功地将应用程序升级并安装在活动工厂上。AMR的Rennie说:“工厂运营商非常兴奋，他们决定在我们还在使用的时候升级到InTouch 10.0。”
仿真和建模正在成为工厂自动化系统启动前验证的工具。模拟对于升级和优化流程工厂特别有用，因为有时从关闭到启动需要数年时间。这项技术还被用作培训工具，帮助年轻工程师应对在北美、欧洲和日本发生的大规模知识流失，因为婴儿潮一代的工厂工程师退休，带走了他们数十年的知识价值。
通过模拟，工厂经理可以创建工厂操作系统的精确副本，并使用该模拟与供应商协作。位于加州圣拉斐尔的软件供应商欧特克公司的流程和电力行业业务线主管Robert Shear说:“人们正在利用传统的视频游戏来创建一个逼真的工厂3D模型，你可以在模拟工厂中行走，并实时协作。”
发射前模拟
对于大型的新建过程工厂，高级控制自动化过程建模可能在自动化系统实际启动前12至18个月开始。马萨诸塞州伯灵顿市自动化软件供应商阿斯彭技术公司专业服务高级总监马丁·布兰查德说:“在你委托资产之前，你要确保充分了解设备和控制性能，以尽量减少任何意外。”“这有助于提前测试和调试流程和控制系统设计，从而更顺利地启动。”
大型炼油厂在启动新工厂之前使用模拟和建模来测试工厂运行的各个方面。位于明尼苏达州伊甸草原的自动化供应商艾默生过程管理公司的工程经理Mark O 'Rosky说:“大多数大型油气工厂都有团队进行工艺设计和工艺验证的模拟工作。“他们将其用于初始生产线、工艺验证和施胶设备。”
与离散制造业不同，一些加工厂很少关闭。这意味着在升级期间调整系统，优化需要离线完成，而工厂则继续运行。在实施更改之前，必须完全验证更改。在部署新系统之前，使用仿真来调试新系统。Aspen Technology专业服务首席工程师米歇尔·曼祖里(Michelle Manzulli)说:“从历史上看，模拟是在设计阶段使用的，但现在，在过去的10年或15年里，它被用于我们客户的日常运营。”
与南非钢铁业一样，当为改善体系而做出改变时，工厂很容易受到攻击。如果可以在实现之前对系统进行测试，则可以减轻这些漏洞。“在进行高级控制优化时存在很大的风险。它会对植物产生积极的影响吗?位于密苏里州切斯特菲尔德的模拟供应商Mynah Technologies的总裁兼首席执行官马丁·贝鲁蒂(Martin Berutti)说，“离线时，你可以运行各种场景并进行测试。你有监管机构的文件，你的单位一直在运行。”
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模拟可以与实际工厂同时运行。这使得操作人员可以持续监控和优化工厂的系统。阿斯彭技术公司的Manzulli说:“如今，公司正在使用模拟、稳态和动态来运行工厂的日常操作，进行监测，跟踪装置的性能，优化生产或能源消耗，并提高工厂的可控性。”
解决问题
当工厂运行中出现问题时，模拟可以帮助操作员追踪问题。位于凤凰城的自动化供应商霍尼韦尔过程解决方案公司(Honeywell Process Solutions)的模拟业务产品经理皮特•亨德森(Pete Henderson)说:“如果他们在夜班时遇到了不理解的事情，拥有更大专业知识的白班可以从历史学家那里获得事件，并在模拟中进行模拟，直到他们看到发生了什么。”“模拟是原因分析的好工具。我们可以在问题变得令人不安的时候审视它，审视反应堆，然后回溯并向前发展。”
这种模拟还可以让供应商代表在到达工厂进行升级或追踪问题之前，有机会检查系统。“通过模拟，我们可以在拜访客户的途中调试客户的系统，”艾默生的O 'Rosky说。“我们的客户可以将系统虚拟化，并将其放入虚拟软件中。我们使用相同的控制和图形从DCS(分布式控制系统)导出和导入。”
当工厂运行多年没有发生危机或关闭时，你如何对新操作员进行启动、关闭和紧急情况的培训?当老工程师退休并带着他们的专业知识走出大门时，谁来培训新的工程师?植物正转向模拟和建模来寻找答案。对于从小玩电子游戏长大的年轻工程师来说，这个解决方案听起来很棒。
老工程师的知识可以被编程到模拟模型中，以后可以由知识较少的新工程师访问。位于德克萨斯州普莱诺市的自动化解决方案供应商英维思运营管理公司高级应用副总裁托拜厄斯·舍勒表示:“老一代正在离开，新一代只会呆几年。”“你需要很长时间才能成为一名专家，所以我们必须把智能放在软件中。然后工程师就可以调用智能系统，集中精力解决需要解决的问题。”
一些非常基本的操作——启动和关闭——在一些加工厂很少发生。然而，运营商需要能够启动和关闭作业。由于这些事件发生的频率较低，操作人员只能在虚拟系统上进行培训。“有些人使用模拟来训练停摆。对于作业者来说，可能每一两年才会出现一次关井。”“操作员可以按照适合自己的节奏体验训练场景。你可以在启动、关闭、安全程序方面进行培训——所有不寻常的事情都可以进行模拟。”
随着技术的进步和价格的持续下降，模拟将在设计和运行工厂方面发挥更大的作用。霍尼韦尔的亨德森表示:“模拟技术才刚刚起步。“现在，我们会在创业前6个月改进设计。我们在开业前对操作人员进行培训。在模拟的下一章中，我们将通过创建工厂的动态图像来改进先进的控制策略，并使用它来增强过程控制操作员需要做出的决策。”
总有一天，模拟可以从股票程序发展而来。“可移植建模是未来的趋势。你可以简化它，然后为特定的工厂量身定制，”英维思的舍勒说。
仿真和建模在工艺装置启动前的控制过程设计中已经发挥了作用。仿真工具也被用于升级和优化，以及故障排除和培训。目标是在你按下开关之前确保系统正常运行。
相关特征- DOE使用模拟训练发电厂操作人员。阅读本专题，请访问:
